201249581 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種具備有焦距自動調整裝置的雷射 - 加工裝置。 【先前技術】 雷射加工裝置，係使雷射光聚光以提高功率密度，且 照射於金屬、樹脂材料等被加工物以進行穿孔、切斷等加 工。將雷射光予以聚光的透鏡被稱為加工透鏡，其在雷射 光穿透時，會吸收雷射光之一部分而使溫度上升。此熱會 從雷射光穿透之透鏡中心部分朝向透鏡之外周部分擴散。 因此，產生在加工透鏡中央部分之溫度變高、而在外周部 分之溫度相對變低的溫度分佈。 另一方面，構成加工透鏡的材料之折射率係具有溫度 依存性。因而在加工透鏡顯示溫度分佈時，該溫度分佈會 變成折射率分佈，且產生所謂熱透鏡效應（thermal lens effect) ° 上述折射率分佈，係隨著雷射光穿透之時間而變化， 且以預定之時間常數而朝向穩態值收斂。換言之，熱透鏡 效應之大小也會隨著加工時間之經過而變化，之後顯示於 預定之大小呈現飽和的傾向。 在使用加工透鏡使雷射光聚光，且照射於被加工物 時，由於該熱透鏡效應，加工透鏡之焦距會變化，且照射 於被加工物的雷射光之光束徑會變化。更由於熱透鏡效應 之大小亦會伴隨加工時間之經過而變化，且光束徑也會隨 324132 4 201249581 _ 著加工時間而變化，所以加工變得不穩定，造成發生加工 不良的原因。 因此’為了防止因上述熱透鏡效應所引起的被加工物 上的光束彳空之變化、加工步驟中的光束徑之經時變化，而 提出一種具備有焦點位置自動修正功能的雷射加工裝置， 該焦點位置自動修正功能係使用遠紅外線輻射溫度計與熱 電偶’來分別檢測加工透鏡上之雷射照射部分與加工透鏡 周邊部分之溫度，且根據此溫度來修正加工透鏡與被加工 物間之距離以抵銷熱透鏡效應，並將被加工物上的雷射光 之光束控維持於一定(例如，專利文獻1)。 以下，就具備有習知之焦距自動調整裝置的雷射加工 裝置，一邊參照第10圖一邊加以說明。第圖係顯示專 利文獻1所記載的習知雷射加工裝置之構成的示意圖。 在第10圖中’以設置於遠離加工透鏡31之位置的遠 紅外線輻射溫度計34來測定雷射光32入射時的加工透鏡 31之中心部分的溫度，進而以熱電偶33來測定加工透鏡 31之側面的溫度。將此等的溫度測定結果輸入於微電腦 (micro computer)36,且計算必要的透鏡移動量，並藉由ζ 軸载物台（stage)38將加工透鏡31之位置調整於雷射光32 之光軸方向。 加工透鏡31係在雷射光32穿透時吸收雷射光32之 一部分’而被吸收的熱會朝向加工透鏡31之外周流動。藉 此，加工透鏡31的中心部分之溫度會變高，而外周部之溫 度相對於t心部分之溫度會變低。換句話說，加工透鏡31 324132 5 201249581 係在徑向產生溫度分佈，此時會發生被稱為熱透鏡之現象。 加工透鏡31之材料其折射率係具有溫度依存性，且 *· 當有溫度分佈時就存在折射率分佈。換句話說，因該折射 率分佈而使產生透鏡作用的就是熱透鏡。在此，有必要注 意的是加工透鏡31之溫度本身並非會造成熱透鏡。加工透 鏡31之熱透鏡，通常是變成凸透鏡成分。當發生熱透鏡時 加工透鏡31之焦距就會變化，且照射於加工對象的光束徑 會變化。 又，在加工開始時雷射光32開始照射於加工透鏡31 之後，加工透鏡31之溫度分佈會以某時間常數接近穩態 值。因此，熱透鏡之大小會在加工中變化。換句話說，加 工中照射於加工對象的光束徑會變化，造成加工變得不穩 定、或發生加工不良的原因。 為了避免此問題可考慮按照熱透鏡之大小使加工透 鏡31之位置變化，來修正焦距之變化。但是，如上所述由 於熱透鏡之大小會在加工令變化，所以必須在加工中即時 (real time)偵測熱透鏡之大小。 由於熱透鏡係因溫度分佈而產生，所以只要可測定溫 度分佈就可明白熱透鏡之大小。在專利文獻1中，係使用 熱電偶33與遠紅外線輻射溫度計34來測定熱透鏡之大 小，且測定加工透鏡31之雷射光照射部與加工透鏡31之 周邊部的各溫度，藉此計算熱透鏡。 (專利文獻1)日本特開平1-122688號公報（第4頁第7 行至第18行） 324132 6 201249581 【發明内容】 (發明所欲解決之課題） ' 可是，在具備有此種焦距自動調整裝置的習知雷射加 工裝置中，有必要使用熱電偶與輻射溫度計之2種類的溫 度感測器，尤其是輻射溫度計比較昂貴。又，在雷射加工 裝置中使用波長約10ym之C02雷射作為雷射光源時，因 來自被加工物的C02雷射之散射光及起因於被加工物之溫 度的輻射光等之影響，而有下述的課題：遠紅外線輻射溫 度有可能進行誤動作，且無法進行穩定之加工。 又，在雷射加工裝置中會因加工材料或加工條件而有 必要使從加工透鏡至加工對象之距離變化而進行加工。因 此，由於從輻射溫度計至加工透鏡之距離會因安裝輻射溫 度計之位置而變動，且測定點會不均等所以有可能無法測 定正確的溫度。在固定從輻射溫度計至加工透鏡之距離 時，也有以下的課題：有必要同時移動加工透鏡與輻射溫 度計，且裝置大型化。 本發明係為了解決如上述之課題而開發完成者，其目 的在於獲得一種可將焦距自動調整裝置形成單純的構成、 甚至廉價且具有沒有誤動作的焦點位置動作修正功能，且 可進行穩定之加工的雷射加工裝置。 (解決課題之手段） 本發明之雷射加工裝置，係具備：加工透鏡，使雷射 光聚光於加工對象；焦距調整手段，調整加工透鏡之焦距； 接觸式之溫度感測器，從加工透鏡之雷射光之入射側的中 324132 7 201249581 心朝徑向，設置於未照射到雷射光之透鏡表面，且具有離 加工透鏡之中心的距離不同的第1及第2溫度測定點，並 在第1及第2溫度測疋點檢測溫度差；以及控制裝_置，根 據與藉由溫度感測器而檢測出之溫度差對應的電位差來計 算加工透鏡的熱透鏡之大小，且按照計算所得的熱透鏡之 大小’計算焦距修正量並對焦距調整手段輸出控制信號， 俾使聚光於加工對象的雷射光之光束徑成為一定。 (發明效果） 依據本發明之雷射加工裝置，則藉由接觸式之溫度差 感測器’來檢測設置於雷射光之光程中的透明構件上之2 點間的溫度差，且根據溫度差之檢測結果來進行焦點位置 之修正’由於不使用昂貴的遠紅外線輻射溫度計，所以廉 價’又沒有因下述之影響而造成的誤動作，該影響為雷射 之散射光、來自被加工物之反射光及因被加工物之溫度而 引起的輻射光等，而且溫度測定點與透鏡之相對位置不會 變化’所以不會受到透鏡位置之影響而可始終以一定的條 件測定正確的溫度，且根據所測定之溫度並按照熱透鏡之 大小自動調整焦點，藉此可實現廉價、單純之構成且穩定 的力σ工。 【實施方式】 實施形態1 以下，就本發明之雷射加工裝置的較佳實施形態使用 圖式加以說明。 另外，在實施形態之說明及各圖中，附記同一符號的 324132 8 201249581 _ 部分係顯示相同或相當的部分。 首先，一邊參照第1圖至第7圖，一邊就本發明實施 • 形態1之雷射加工裝置加以說明。 第1圖係以局部剖面顯示本發明實施形態1之雷射加 工裝置的構成之示意圖。第1圖係顯示雷射加工裝置之加 工頭的附近，且為加工透鏡之中心的剖面，而雷射加工裝 置中所含之產生雷射光的雷射振盪器、將雷射光導引至加 工頭的光程系等則予以省略並未圖示。 在第1圖中，本實施形態1之雷射加工裝置係設置 有：加工頭1，外形為圓柱狀、多角柱狀等；加工透鏡3， 為使雷射光2聚光於加工對象9的圓形凸透鏡；透鏡保持 具(lens holder)4，保持加工透鏡3的外形為圓筒狀、多角 筒狀等；溫度感測器5 ;透鏡驅動裝置6，使透鏡保持具4 朝向雷射光2之光轴方向移動；計算用電腦7，根據與藉 由溫度感測器5而檢測出之溫度差對應的電位差來計算加 工透鏡3的熱透鏡之大小；以及控制用電腦8，按照熱透 鏡之大小計算透鏡位置修正量並對透鏡驅動裝置6輸出控 制信號。另外，計算用電腦7與控制用電腦8，亦可為具 有兩者之功能且成為一體的1台電腦(控制裝置）。 第2圖係放大顯示本發明實施形態1之雷射加工裝置 的加工透鏡附近之構成的示意圖。 在第2圖中，在透鏡保持具4係設置有：冷卻水路徑 10，為甜甜圈狀等以便包圍雷射光2之全周圍；以及遮蔽 板13，為甜甜圈狀等以便包圍雷射光2之全周圍，且對抗 324132 9 201249581 於加工透鏡3之兩侧（雷射光2入射之側與射出之側）的端 部。又，在加工透鏡3之上表面，係設置有作為溫度感測 器5的熱電偶之溫接點11、與熱電偶之冷接點12。另外， 在加工透鏡3之下表面，亦可設置熱電偶之溫接點11與冷 接點12。 第3圖係顯示本發明實施形態1之雷射加工裝置之作 為溫度感測器的熱電偶之結線方法的示意圖。 在第3圖中，在熱電偶之溫接點11與冷接點12之間 連接有負侧的熱電偶裸線14，而在溫接點11與冷接點12 分別連接有正侧的熱電偶裸線15。 第4圖及第5圖係顯示本發明實施形態1之雷射加工 裝置的複數個熱電偶之結線方法的示意圖。 第4圖係從雷射光2入射之軸方向觀看到加工透鏡3 的俯視（前視）圖，其中（a)係顯示並聯連接複數個（4個之例） 熱電偶的情況，（b)係顯示串聯連接複數個（8個之例）熱電 偶的情況。在並聯連接的情況，係將藉由各熱電偶而檢測 出之電位差（溫度差）予以平均，藉此可抑制熱傳導之不均 等，且可提高精度。另一方面，在串聯連接的情況，由於 可僅利用熱電偶之數目來提高檢測精度，所以在藉由1個 熱電偶而檢測出的電位差（溫度差）非常小時相當有用。第5 圖亦顯示串聯連接複數個熱電偶的情況。雖然第4圖係顯 示熱電偶之溫接點11與冷接點12從加工透鏡3之中心沿 著徑向設置於一直線上之例，但是如第5圖般，亦可並未 設置於一直線上，且更進一步設置一個冷接點12，並從加 324132 10 201249581 往外之配相通常的信號線22來進行的方法也是 雷射加工裝置的動作一 其次，就本發明實施形態〗之 邊參照圖式一邊加以說明。 第6圖係顯示本發明實施形態 :魏之徑向的溫度分佈之示意圖。在第6圖 先對加工透鏡3之照射時間為參數，且照射時^雷射 圖所不之照射時間1、2、3之順序而變長。 第6 第7 _顯示將雷射光照射於本發明實施形態！ 置的加工透鏡時的熱電偶之溫接點與冷接點之溫 度差的時間變化之示意圖。 2 ，雷射光2，係從未圖示之雷射振盧器透 仫予、而導引至加工頭1。入射於加工頭Μ雷射光2， 二入射於加工頭1内之加工透鏡3 ’之後，聚光、照射於 加工對象9。 加工對象9 ’例如為軟鋼或不鏽鋼等金屬。在此等金 f之切斷加工中，加工頭1係藉由與金屬之表面呈平行(通 常為斜方向)㈣、或是加工對象9為金屬這—方移動， 而進仃切斷加工。在此使用的雷射，例如為C02雷射、YAG 雷射、光纖雷射、半導體雷射等。 立加工透鏡3,係在雷射光2穿透時吸收雷射光2之一 4分，且被吸收的熱會朝向加工透鏡3之外周的透鏡保持 具4而流動。藉此，加工透鏡3會在徑向產生如第6圖所 不的溫度分佈，且發生被稱為如上述之熱透鏡的現象。又， 324132 201249581 溫度分佈，係依存於雷射光2照射於加工透鏡3之時間， 且加工透鏡3之徑向的溫度差會隨著照射時間變長而變 • 大，最終變成某一定的溫度分佈形狀。 由於在加工透鏡3之徑向產生溫度分佈，所以在熱電 偶之溫接點11與冷接點12之間會按照雷射光2之照射時 間，而產生如第7圖所示的溫度差，此會在熱電偶產生電 位差。根據此電位差，計算用電腦7會計算熱透鏡之大小。 按照藉由計算用電腦7而求出的熱透鏡之大小，控制用電 腦8，係以雷射光2對加工對象9成為穩定的一定之光束 徑的方式，計算必要的透鏡位置修正量，且將控制信號送 至透鏡驅動裝置6。 在此’就计鼻用電腦7根據電位差而計算熱透鏡之大 小的過程加以說明。熱透鏡之大小，係如參照公知文獻丨(例 如’「The Physics and Technology of Laser Resonators」D. R.Hall，p.E. Jackson ISBN: 0_85274-117-0，pl81)，以如下 的數式（1)來表示。 [數1]
在數式（1)中，f為熱透鏡之焦距，k為熱傳導率（物性 值），Al〇為加工透鏡3所吸收之每一單位時間、| 的埶吾Λ上 早位面積 *、、、里’ Α為吸收係數，1〇為光束強度，dn/dT為拚 溫度。實際上，數式(1)成為乘: 、祀采輪廓(beam profile)之係數後的值。另一 324132 方面， 12 201249581 在熱流僅流動於徑向的情況係可適用一次元圓柱座標系中 的傅立葉（Fourier)定律，且成為以下的數式（2)。在此，λ *· 為熱傳導率（物性值）。 ·- [數 2] q = —λ乂2πτ—— 加 (2) 換句話說，若知道加工透鏡3之徑向的溫度梯度，就 可知道往加工透鏡3之入熱量。又，溫度之時間變化，係 根據為人周知的熱傳導方程式而求出。例如，第6圖係顯 示加工透鏡3之徑向的溫度分佈之時間依存性。換句話 說，若知道2點間的溫度差及其時間變化，則原理上就會 知道入射於加工透鏡3之熱量及其時間變化。入射的熱量 係乘上入射於加工透鏡3的雷射光之輸出與加工透鏡3之 吸收率，且藉由數式（1)可知道熱透鏡之大小。在計算用電 腦7中，既可即時計算第6圖所示之溫度分佈的時間依存 性，又可先具有事先計算所得的值或事先測定所得的值作 為資料庫（data base)，且與即時測定所得的溫度差做比較而 求出入射的熱量即熱透鏡之大小。 接著，就控制用電腦8按照熱透鏡之大小而計算必要 的透鏡位置修正量之過程加以說明。透鏡位置修正量dZ， 係根據加工透鏡3之焦距f〇與數式（1)的熱透鏡之焦距f而 成為以下的數式（3)。 [數3] 324132 13 201249581 . dz=fo~TT^] • (口] f (3) 在熱透鏡之焦距f相對於加工透鏡3之焦距f〇為十分 ·· 大的情況，係<近似於如下。 [數4]
IL dz- f (4) 其次，就將以何種形式來變換控制用電腦8所計算之 透鏡位置修正量的控制#號，送至透鏡驅動裝置6，且透 鏡驅動裝置6 ’根據控制信號如何地驅動透鏡保持具4加 以說明。透鏡驅動裝置6，亦可參照公知文獻2(例如，國 際專利申請「WO2009/122758 A1」之第3圖），使用步進 馬達(stepping motor)與滾珠螺桿(ball screw)來驅動透鏡保 持具4。 μ 在上述公知文獻2(第3圖）中，滾珠螺桿係藉由步進馬 達旋轉而旋轉，而固定板係沿著導桿(guide r〇d)而上下移 動。 藉此，加工透鏡7在加工頭1〇内上下移動。在本實 施形態1中’係根據控制用電腦8計算所得的透鏡位置修 正里而求出必要的步進馬達旋轉量，且將使步進馬達旋轉 必要量的控制信號送至透鏡驅動裝置6。藉此，可按照熱 透鏡之大小來修正加工透鏡3之位置。 如第7圖所不’熱電偶之溫接點11與冷接點12的溫 度差由於會隨時間變化所以熱透鏡之大小也會隨時間變 324132 201249581 ΓΛ=由在加工中即時進行此等的控制來對加工對 象9以穩定的-定之光隸照射雷射光2,且實現穩定的 加工。 在此，重要的是安裝熱電偶之溫接點11與冷接點12 的位置，係在相同的材料且沒有接觸面等的同一個體内。 藉此，為了從2點之溫度差求出入射於加工透鏡3的敎量 而可直接利用熱傳導理論中的傅立葉定律。可明白在傅立 葉定律之數式中的熱傳導率為物性值且正確的值。 另方面，在安裝溫接點11與冷接點12之位置分別 為=同的材料，且在此等之間有接觸面的情況，為了知道 熱量而有必要求出接觸之熱電阻。可是，由於熱電阻非為 物性值’且會因接觸面之狀況而變成大為不同的值，所以 很難求出正確的熱量。χ，由於熱是朝向加工透鏡3之徑 向流動，所以溫接點U與冷接點12之位置較佳是從加工 透鏡3之中心沿著徑向而設置於一直線上。 由於用以求出溫度差的熱電偶之結線方法，係直接將 溫度差轉換成電位差，所以會如第3圖所示地串聯連接。 第3圖所示的熱電偶裸線14、15之負側與正側亦可為相 反又，如以通常的熱電偶來測定溫度時，亦可分別測定 溫接點11與冷接點12之溫度，且藉由計算用電腦7，來 計算此等的差分以求出溫度差。在此情況下，溫度感測器 5 ’亦可為熱電偶以外的鉑測溫電阻器、熱敏電阻 (thermistor)等。 雖然作為溫度測定點的溫接點11與冷接點12，係設 324132 15 201249581 置於未照射到雷射光2之位置，但是更進一步如第2圖所 示，設置遮蔽板13以防止雷射光2之散射光或來自加工對 象9之反射光入射於溫度測定點。 入射於加工透鏡3之光束直徑，例如在C02雷射中通 常係為直徑0 20mm至0 30mm左右。因此，熱電偶之溫接 點11，有必要安裝於從透鏡中心起算為半徑10mm以上之 位置。由於熱電偶之冷接點12，係有必要安裝於比此還靠 近外側，所以加工透鏡3之直徑至少需要0 2吋至0 2.5吋 左右之大小。藉由入射於加工透鏡3之雷射光2而由加工 透鏡3所吸收的熱量，當通過溫接點11與冷接點12以前 流動至其他部分時就無法藉由溫度差而正確地進行熱量之 測定。因此，在從加工透鏡中心至熱電偶之冷接點12之間 除了熱電偶之溫接點11以外為設成沒有接觸到加工透鏡3 的構件。又，遮蔽板13較佳是作成與加工透鏡3離開1mm 以上。可是，即便是在接觸的情況只要利用隔熱材等使熱 不會流動到他者即可。 例如，在C02雷射作為加工透鏡3被使用之ZnSe的 熱傳導率為18W(mxK)。將加工透鏡3的與熱電偶之冷接 點12還靠近外侧的透鏡保持具4之接觸面、與加工透鏡3 與上述隔熱材的接觸部之面積形成為大致相同，且在欲將 往隔熱材流動的熱量設為1/20時，只要使用隔熱材之熱傳 導率為ZnSe之1/20的0.9W(mxK)以下者即可。在此情況 下，雖然藉由熱電偶而測定、且藉由計算用電腦7而計算 的熱透鏡之大小會產生5%左右之誤差，但是若為5%左右 324132 16 201249581 之誤差仍能夠進行十分穩定的加工。 在加工透鏡3上設置1個或複數個熱電偶，且根據2 處的溫度差求出熱透鏡之大小，並進行如在加工中修正此 的加工透鏡位置控制，藉此可進行不受熱透鏡之大小影響 的穩定加工。 在本實施形態1中，與前述之專利文獻1不同，由於 溫度測定點與加工透鏡3之相對位置不會變化，所以不受 加工透鏡3之位置影響而能以始終一定的條件測定正確的 溫度，且獲得既廉價又構成單純之焦距自動調整裝置。 實施形態2 就本發明實施形態2之雷射加工裝置一邊參照第8圖 一邊加以說明。第8圖係以局部剖面顯示本發明實施形態 2之雷射加工裝置的構成之示意圖。第8圖係顯示雷射加 工裝置之加工頭部，而雷射加工裝置中所含之產生雷射光 的雷射振盪器、將雷射光導引至加工頭的光程系等之一部 分則予以省略並未圖示。 在第8圖中，本發明實施形態2之雷射加工裝置，係 設置有曲率可變鏡片及使該曲率可變的鏡片驅動裝置 16，來取代透鏡驅動裝置6。另外，以虛線來顯示改變曲 率後的鏡片之狀態。 其次，就本實施形態2之雷射加工裝置的動作一邊參 照圖式一邊加以說明。 與上述實施形態1同樣，在第8圖中，雷射光2係從 未圖示之雷射振盪器經由光學系入射於曲率可變鏡片 324132 17 201249581 - 16，之後導引至加工頭丨。入射於加工頭丨的雷射光2係 • 入射於加工頭1内之加工透鏡3，之後，聚光、照射於加 • 工對象9。 加工對象9，例如為軟鋼或不鏽鋼等金屬。在此使用 的雷射，例如為C〇2雷射、YAG雷射、光纖雷射、半導體 雷射等。 加工透鏡3係在雷射光2穿透時吸收雷射光2之一部 分，且被吸收的熱會朝向加工透鏡之外周的透鏡保持具4 流動，藉此產生熱透鏡。 溫度感測器5，係與上述實施形態丨同樣，成為如第 3圖般。在熱電偶之溫接點u與冷接點12之間產生溫度 差，而計算用電腦7係根據此時的熱電偶之電位差而計算 熱透鏡之大小。按照藉由計算用電腦7而求出的熱透鏡之 大小，控制用電腦8係以雷射光2相對於加工對象9成為 穩定的一定之光束徑的方式，計算必要的曲率變化量，且 將控制信號送至曲率可變鏡片16之鏡片驅動裝置。 在此，就控制用電腦8按照熱透鏡之大小而計算必要 的曲率邊化量之過程加以說明。當將曲率變化量設為、 將從加工透鏡3至加工對象9的雷射光之焦距設為f，、將 加工透鏡3之焦距設為f〇、將熱透鏡之焦距設為f時，以 下的數式(4)之關係會成立。 [數5] 324132 (4) 18 201249581 ， 由於有必要設為即便產生熱透鏡從加工透鏡3至加工 對象9之焦距也不會變化，所以有必要成立以下的數式（5) ' 之關係。 '· [數 6] 1 1 ττ (5) 換句話說，曲率變化量係成為以下的數式（6)。 I：數 7] dD = _i f (6) 接著，就將以何種形式來變換控制用電腦8所計算之 曲率變化量的控制信號，送至鏡片驅動裝置16，且鏡片驅 動裝置16，根據控制信號如何地驅動曲率可變鏡片16加 以說明。鏡片驅動裝置16，亦可參照公知文獻3(例如，曰 本特許第3138613號公報之第2圖），並藉由空氣之壓力來 使鏡片變形。 在上述公知文獻3(第2圖）中，藉由控制裝置而將空氣 送入配置於曲率可變鏡片之背面的氣套(air jacket)，且藉 由施加壓力，使鏡片之曲率可變。空氣之壓力係可藉由電 磁閥來調整，而電磁閥之控制可藉由控制裝置來進行。 在本實施形態2中，鏡片驅動裝置16，係能夠使用與 上述構成相同者。在本實施形態2中，係藉由控制用電腦 8來計算必要的曲率變化量，且'可以獲得所期望之曲率變 化的方式將控制信號送至鏡片驅動裝置16。 324132 19 201249581 鏡片驅動裝置16，係與上述公知文獻3同樣，將空氣 送入鏡片之背面，且施加壓力以使鏡片曲率變化。 曲率可變鏡片16係發揮如下功能：使入射於加工透 鏡3時的雷射光2之波面曲率變化，且修正因熱透鏡而產 生的焦點變化。 藉由在加工中即時進行此等作業，即可對加工對象9 以穩定的一定之光束徑照射雷射光2，且可實現穩定的加 工。 在加工透鏡3上設置1個或複數個熱電偶，根據2處 之溫度差來求出熱透鏡之大小，且進行如在加工中修正此 的曲率可變鏡片曲率控制，藉此可進行不受熱透鏡之大小 影響的穩定加工。 在本實施形態2中，與前述的專利文獻1不同，由於 溫度測定點與加工透鏡3之相對位置不會變化，所以不會 受加工透鏡3之位置影響而可始終以一定的條件測定正確 的溫度，且可獲得既廉價又構成單純的焦距自動調整裝置。 實施形態3 就本發明實施形態3之雷射加工裝置一邊參照第9圖 一邊加以說明。第9圖係以局部剖面顯示本發明實施形態 3之雷射加工裝置的構成之示意圖。第9圖係顯示雷射加 工裝置之加工頭附近，而雷射加工裝置中所含之產生雷射 光的雷射振盪器、將雷射光導引至加工頭的光程系等之一 部分則予以省略並未圖示。 在第9圖中，本發明實施形態3之雷射加工裝置係設 324132 20 201249581 置有：例如與加工透鏡3相同材質之圓形的窗（window)3A 及拋物面鏡片（parabolic mirror)或環型鏡片（t〇r〇idal mirror)18’來取代加工透鏡3;保持窗3A的窗保持具4A， 來取代透鏡保持具4;以及折射鏡片（f〇ldingmirror)20。另 外’雖然窗3 A係設置於抛物面鏡片或環型鏡片μ之正後 方’但是亦可設置於正前方。 其次’就本實施形態3之雷射加工裝置的動作一邊參 照圖式一邊加以說明。 在雷射加工中為了使雷射光2聚光於加工對象9而在 加工透鏡3以外有使用拋物面鏡片或環型鏡片18之情形。 即便是在此情況下也有在加工頭丨設置用以通過雷射光2 的窗3A之情況。窗3A，亦會產生如前述實施形態丨所示 的熱透鏡。 與實施形態1同樣，在第9圖中，雷射光2係從未圖 示的雷射振ill經由光學系人射於曲率可變鏡片16，之後 透過折射鏡片20穿透窗3A且導引至加工頭i。 入射於加卫頭1的雷射光2，係人射於加玉頭i内之 f物面鏡片或環型鏡片18，之後，聚光、照射於加工對象 9 〇 ^工對象9，例如為軟鋼或不鏽鋼等金屬。在此使用 雷^例如為co2雷射、Yag雷射、光纖雷射、半導體 窗3A，係在雷射光2穿透時吸收雷射光2之一部分， 且被吸收的熱會朝向窗3A之外用的办乂 卜周的由保持具4A而流動， 324132 21 201249581 . 藉此產生熱透鏡。 . 溫度感測器5，係與上述實施形態1同樣，成為如第 .· 3圖。在熱電偶之溫接點u與冷接點12之間產生溫度差， •而計算用電腦7係根據此時的熱電偶之電位差而計算熱透 鏡之大小。按照藉由計算用電腦7而求出的熱透鏡之大 小’控制用電腦8係以雷射光2相對於加工對象9成為穩 定的一定之光束徑的方式，計算必要的曲率變化量，且將 控制信號送至曲率可變鏡片16之鏡片驅動裝置。 曲率可變鏡片係發揮如下功能：使入射於拋物面 鏡片或環型鏡片18時的雷射光2之波面曲率變化，且修正 因熱透鏡而產生的焦點變化。 藉由在加工中即時進行此等作業，即可對加工對象9 以穩定的-定之光束徑照射雷射光2，且可實現穩定的加 工。 在窗3A上設置i個或複數個熱電偶，根據2處之溫 度差來求出熱透鏡之大小，且在加工令進行如修正此的曲 率可變鏡Μ曲率_，#此可進行不钱 的穩定加工。 實施形態4 明 就本發明實施形態4之雷射加工褒置，一邊參昭第^ 圖及第12圖，同時參照前述第1圖、第2圖…邊加1說 324132 22 201249581 形態4之雷射加工裝置之設置於加工頭1中的加工透鏡3 之周邊構造（作為穿透雷射光2之透明構件的加工透鏡3附 近之剖面），係如同第2圖所示。 另外，在此情況下，雷射為C02雷射，溫度感測器為 熱電堆式溫度差感測器。 加工頭1係使從雷射光源（未圖示）射出之雷射光2聚 光並照射於被加工物9者，且與被加工物9保持一定間隔 而配置。如第1圖所示，加工頭1係具備加工透鏡3、透 鏡保持具4、作為接觸式之溫度差感測器的熱電堆式溫度 差感測器5(詳細將於後述)、及透鏡驅動裝置6。加工透鏡 3係設置於雷射光2之光程中，且使雷射光2聚光者，並 可使用圓形的平凸透鏡。 在加工透鏡3之雷射光2的射出侧之面，係貼附有可 形成熱電堆式溫度差感測器5的絕緣性薄膜，而加工透鏡 3係由透鏡保持具4所保持。更且透鏡保持具4係安裝於 使加工透鏡3朝向雷射光2之光軸方向（箭頭所示）移動的 透鏡驅動裝置6。 根據藉由熱電堆式溫度差感測器5而檢測出的溫度 差，進行焦點位置之修正的控制手段係具備：透鏡驅動裝 置6 ;根據溫度差之檢測結果而求出透鏡移動量的計算用 電腦7;以及根據透鏡移動量之計算結果而驅動透鏡驅動 裝置6的控制用電腦8。 透鏡保持具4為圓筒狀，且設置有環狀的冷卻水路徑 10，以便包圍雷射光2之全周圍，在加工透鏡3之上下， 324132 23 201249581 係設置有圓環狀的遮光板13，與加工透鏡3維持一定之間 隙，使在被加工物表面反射等的雷射光2照到熱電堆式溫 度差感測器5 ’以免在溫度差之值產生誤差。 另外’在本實施形態4中，雖然透鏡保持具4係使用 圓筒狀，但是亦可使用多角筒狀等的透鏡保持具4。 又，雖然為了檢測從加工透鏡3之中心起算之距離不 同的加工透鏡3之表面的2點間之溫度差，而使用熱電堆 式溫度差感測器5作為接觸式之溫度差感測器，但是只要 是能夠檢測加工透鏡3之表面之2點間的溫度差之感測 器，則可使用任意的感測器。 例如’亦可使用使2種異種金屬接合的熱電偶，且將 2個熱電偶貼附於從加工透鏡3之中心起算距離為不同的 加工透鏡之表面的2點來進行溫度測定，且算出溫度差。 又，亦可將2個銘電阻(platinum resistance)溫度計安震於 從加工透鏡3之中心起算距離為不同的加工透鏡之表面的 2點，且個別地進行溫度測定，並算出溫度差。更且，亦 可各使用1個熱電偶與鉑電阻溫度計，分別貼附於從加工 透鏡3之中心起算距離為不同的加工透鏡3之表面的2點 來進行溫度測定，且算出溫度差。 又，在本實施形態4中使用的熱電堆式溫度差感測器 5之檢測精度高’且適用於檢測加工透鏡3之表面的溫度 差。 又，在本實施形態4中，雖然使用平凸透鏡作為加工 透鏡3，但是只要可將雷射光2聚光於被加工物9即可， 324132 24 201249581 . 亦可使用雙凸透鏡。 .*又，雖然將形成有熱電堆式溫度差感測器5的絕緣性 薄膜，貼附於加工透鏡3之雷射光2的射出側之面，但是 只要可檢測因雷射光2而引起的加工透鏡3之溫度分佈= 化即可，亦可貼附於加工透鏡3之雷射光2的人射侧之面 來使用。 以下，使用第11 ®、第12圖，就熱電堆式溫度差感 測器5之構成加以詳細說明。 第11圖係本發明實施形態4之雷射加工裝置的熱電堆 式溫度差感測器5之俯視圖，第12圖係本發明實施形態4 之雷射加工裝置的熱電堆式溫度差感測器5之局部放大 圖。 第11圖係從雷射光2射出之光軸方向觀察到本發明之 雷射加工裝置的熱電堆式溫度差感測器5者。 在第11圖中’在圓環狀的聚醯亞胺薄膜（p〇lyimide film)44上，交互地串聯連接而排列有由2種異種金屬所構 成的複數個熱電偶並形成熱電堆式溫度差感測器5，且在 接連的熱電偶之兩端形成有檢測用端子45、46。 形成熱電堆式溫度差感測器5的聚醯亞胺薄膜44，係 黏貼於加工透鏡3 ^熱電堆式溫度差感測器5之溫度差的 檢測’係藉由檢測檢測用端子45、46間之電位差而進行。 在第12圖之局部放大圖中，係使用2種異種金屬， 並在聚醯亞胺薄膜44上，形成有L字型的金屬配線47、 48，且在此等的交叉部分電性連接而形成熱電偶。此等的 324132 25 201249581 熱電偶，係將熱電偶排列成為雙重圓。 由於雷射光2，係照射於加工透鏡3之中心近旁，所 • 以加工透鏡3之中心部分變成高溫，而加工透鏡3之外周 . 部分相對地變成低溫，結果，構成加工透鏡3之中心側之 圓的熱電偶發揮作為溫接點U的功能，而構成外側之圓的 熱電偶發揮作為冷接點12的功能。 2種異種金屬係使用銅與銅錄合金(c〇nstantan:由銅 55°/。、Νι45%之組成所構成的合金），且蒸鍍後使用照相製 版法進行濺鑛，以形成各自的膜厚、配線寬度 0.5mm之金屬配線47、48。2種異種金屬互相重疊、且接 觸的部分為熱電偶’而位於加工透鏡3之中心側且相對地 變成高溫的溫接點11形成32個，位於加工透鏡3之外側 且相對地變成低溫的冷接點12形成31個。溫接點π所排 列的圓之半徑為20mm，冷接點12所排列的圓之半徑為 25mm，且圓之徑向的溫接點u與冷接點12之距離為 5mm。又聚酿亞胺薄膜44之厚度為50y m。 對貼附有聚醯亞胺薄膜44之加工透鏡3照射雷射光 2’並檢測複數個溫接點u與複數個冷接點12所串聯排列 的兩端之檢測用端子45、46間的電位差，該聚醯亞胺薄膜 44係形成有/jel接點11與冷接點12交互地串聯排列的熱電 堆式溫度差感测器5。此時，在溫接點π與冷接點12之 間有溫度差時’起因於熱電效應之電位差會被檢測出，進 而比起溫接點11與冷接點12為各1個的溫度差感測器之 情況，由於溫接點U與冷接點12有複數個的情況係累計 324132 26 201249581 起因於熱電效應之電位差，所以即便是些微的溫度差也會 變成極大的電位差而可正確地檢測。 另外’在本實施形態4中，雖然是將銅與銅鎳合金用 於熱電偶中’但是所用的金屬材料只要是種類不同的金屬 即可，一般亦可使用鉻鎳合金（chr〇mel)/鋁鎳合金 (alumel)、鐵/銅鎳合金、鉑錄（platinumrhodium)/鉑等，作 為熱電偶用的金屬材料。 又’雖然金屬配線47、48之寬度，並非特別限定， 但是從排列多數個溫接點11與冷接點12之情況的配線繞 線布局之觀點來看當設為〇.25mm至1 mm時配線設計等較 為容易。 又，雖然將不同的2種金屬配線47、48的膜厚設為 0.5私m，但是並非被特別限定於此膜厚，亦可藉由通常的 蒸鑛等來成膜，又只要是不發生斷線等不良的膜厚即可使 用。 又，在本實施形態4中，配置於熱電堆式溫度差感剛 器5之加工透鏡3之中心側的溫接點u，係設為距離加工 透鏡中心為2〇mm之位置。 入射於加工透鏡3之光束直徑，例如在c〇2雷射的情 況，通常為半徑l〇mm至15mm左右。因此，熱電偶之溫 接點11係有必要安裝於從透鏡中心起算距離半徑1〇mm以 上之位置’以免遮蔽雷射光2。更且，由於冷接點12係有 必要安裝於比熱接點還靠外侧，所以加工透鏡3之半徑至 少需要25mm至30mm左右之大小。 324132 27 201249581 安裝熱電堆式溫度差感測器5之溫接點11與冷接點 12的位置5需要兩者為相同的材料*且其間沒有接觸面的 同一個體内。若為同一個體内則可適用熱傳導理論中的傅 立葉定律，且可根據藉由熱電堆式溫度差感測器5而檢測 出的溫度差來算出提供給加工透鏡3的熱量。在溫接點11 與冷接點12之間有接觸面的情況下，由於接觸之熱電阻值 會因接觸狀態而大幅地變化所以無法正確算出熱量之值。 溫接點11及冷接點12之數目、溫接點11及冷接點 12之加工透鏡3上的徑向之距離，並非特別限定，可根據 所要檢測的溫度差、檢測電位差的計測器之靈敏度等而定。 一般而言，溫接點11及冷接點12之加工透鏡3的徑 向之距離，從所用的加工透鏡3之直徑及雷射光2配置成 不被熱電堆式溫度差感測器5遮蔽的觀點來看較佳為 10mm以下。又溫接點11及冷接點12之數目只要各為1 個以上即可，更佳是越增多溫接點11與冷接點12之各自 的數目就越可提高溫度差之檢測靈敏度。 又，雖然溫接點11與冷接點12之位置關係，並非特 別限定，但是在將鄰接的溫接點11與冷接點12，設為從 加工透鏡3之中心大致同一方向的情況，就不受到加工透 鏡3面内的熱傳導性之分佈影響，而可檢測更正確的溫度 差。具體而言鄰接的溫接點11與冷接點12，係從加工透 鏡中心形成於中心角60°之範圍，藉此能夠進行更正確的 溫度差之檢測。 又，聚醯亞胺薄膜44之厚度並非特別限定，只要是 324132 28 201249581 具有絕緣性，且表面可形成熱電堆式溫度差感測器5之絕 緣性薄膜即可適用。作為其例，亦可使用厚度1 〇 " m至125 //m左右之聚醯亞胺薄膜44。更且，材質並不限於聚醯亞 胺，亦可使用具有絕緣性、且厚度〇.3mm至2mm左右之 由薄厚之樹脂與纖維所構成的電子電路基板、或厚度 0.1mm至〇.3mm左右之由聚醯亞胺薄膜所構成的FPC基 板。 熱電堆式溫度差感測器5之溫接點11與冷接點12， 係設置於未照射到雷射光2的位置。更且，如第2圖所示， 當設置遮光板13來防止來自雷射光之散射光或來自加工 對象9之反射光、紅外線輻射光入射於溫度檢測點時，就 能適合進行更正確的溫度差檢測。此時，由於要消除從遮 光板13至熱電堆式溫度差感測器5之輻射熱的影響，所以 從加工透鏡3至遮光板π較佳是設為離開imm以上的位 置。 又’在本實施形態4中，雖然是利用接著劑將形成有 熱電堆式溫度差感測器5的聚醯亞胺薄膜4 4貼附在加工透 鏡3上’但是聚醯亞胺薄膜44安裝於加工透鏡3上的方 法，並非被限定於此，只要是能夠將形成有熱電堆式溫度 差感測器5的聚醯亞胺薄膜44密接於加工透鏡3上的手法 則可使用任意的手法。 例如’可利用氟樹脂等熱傳導性低的隔熱材壓緊而安 裝於加工透鏡3上。具體而言，可將隔熱材加卫成圓環狀 並安裝於錢鱗具4，且利用以透鏡鋪具4夾緊並固 324132 29 201249581 t 定加工透鏡3的周邊部分之力，將以圓環狀之隔熱材形成 有熱電堆式溫度差感測器5的聚醯亞胺薄膜44按壓於加工 ' 透鏡3上。 有時因入射於加工透鏡；3的雷射光而被加工透鏡3吸 收之熱，在通過溫接點11與冷接點12以前流動至其他部 分時檢測出的溫度差並不會反映加工透鏡3之熱透鏡的狀 態。因此，在從加工透鏡3中心至冷接點12之間除了熱電 偶之溫接點11以外必須作成沒有接觸到加工透鏡3的構 件，且可藉由以下方式來達成：僅有在比加工透鏡3之冷 接點12還靠近外周側，將加工透鏡3藉由透鏡保持具4 來保持於雷射光2之光程中’且使用接著劑將形成有熱電 堆式溫度差感測器5的聚醯亞胺薄膜44貼附於加工透鏡3 上0 在將熱電堆式溫度差感測器5藉由隔熱材壓緊並固定 於加工透鏡3的情況下，隔熱材有可能接觸到從加工透鏡 3之中心至冷接點12之間。另一方面’為了要破保十分穩 定的加工特性有關溫度差之值需要將誤差設為5%以下。 因而，即便隔熱材在從加工透鏡3之中心至冷接點12之 間’有接觸到加工透鏡3表面的情況，為了將溫度差之檢 測誤差設為5%以下並確保穩定的加工特性’需要將比熱 電堆式溫度差感測器5還位於外側的加工透鏡3之外周部 分與透鏡保持具4之接觸面積與隔熱材之接觸面積形成為 相同，且將按壓熱電堆式溫度差感測器5的隔熱材之熱傳 導率設為作為加工透鏡3之一般材料的^(sdeniuni)化鋅 324132 30 201249581 (ZnSe)之熱傳導率18W/(mxK)的5%以下、換句話說 0.9W/(mxK)以下。 由於藉由使用蒸鍍等的成膜法來形成2種異種金屬的 配線’並將熱電偶形成薄膜狀’則可比使用通常的熱電偶 裸線串聯結合複數個熱電偶的情況還要容易以高密度形 成、結合熱電偶，所以可獲得高靈敏度的熱電堆式溫度差 感測器5。 其-人’使用刖述之第1圖、第6圖、第7圖，就本發 明實施形態4的焦點位置之控制手法加以說明。 本發明實施形態4之雷射加工裝.置的加工透鏡溫度之 從加工透鏡3中心起算的距離依存性，係如同第6圖所示。 又，使用本發明實施形態4之雷射加工裝置的熱電堆式溫 度差感測器5之溫度差的雷射照射時間依存性，係如同 7圖所示。 1 從I射光源（未圖示）射出的雷射另 係入射於加工透鏡3，且«光並照射於被加工物9。水 魏3之中心部分魏收雷射光2之-部Μ使得溫度 Γ翻Γί周部分由於接觸、保持於透鏡保持具4，和 :透二::分之方向流動。因此，如第6圖所示 ==變低。更且，照射時間，當從_ 的、、西度差舍3時’加I透鏡3之+心部分與外周； 的/皿度差會變大，軸未顯示於第 -定的溫好佈形狀，且加卫 後a 324132 32 处規j之t心部分與外眉 201249581 . 分的溫度差也會變成—^ 如第7圖所示 。 ·- aa c ^ 1之用加工透鏡3上之熱電堆式溫度差 感測器5的溫接點 巧现 ·- ο ^ . 1與冷接點12的溫度差，係顯示隨著 雷射先2之照射時 ^ _ 而遂漸地變大，且慢慢地飽和成一定 值的傾向。藉由試钏〜 义 0 ^ ^ ^疋而事前求出抵銷與該溫度差對應的 W射光2之焦距變. 、且用以將照射於被加工物9的雷射 九2之先束徑維持 曰 4古4· ' 心的加工透鏡3之透鏡位置修正 置，並事先記憶於計复 丁异用電腦7中。 對應於藉由加工、悉μ 而目,丨山认、田Λ 透鏡3上之熱電堆式溫度差感測器5 而檢測出的溫度差，斗 曰仏山$ °卞算用電腦7係選擇透鏡位置修正量 且輸出至控制用電腦s ^ ^ &8 °控制用電腦8係根據該透鏡位置 ==而驅動透鏡驅動裝置6,且將加工透鏡3位置 =者雷射光2之光轴方向（第i圖之箭頭方向）移動，以修 正加工透鏡3之位置。沾 、、0果，被加工物上之光束徑係可保 持於一定，且可進行穩定的雷射加工。 從第7圖可明白，由私 & , 田於加工透鏡3上之溫度差係因雷 射光2之照射時間而變化 炎化所以藉由南速且即時地進行該 控制，就可對被加工物9昭射gα …、射呈穩定的一定之光束徑的雷 射光2，且能夠進行穩定的加工。 依據本實施形態4,則由於將形成有熱電堆式溫度差 感測器5的聚醯亞胺薄膜44貼附於加工透❸來使用，所 以溫度差檢測位置與加工透鏡3之相對位置不會變化。因 此，與專利文獻！不同，不會受到加工透鏡3之位置影響 而可始終以-定的條件檢測正確的溫度差，且可實現穩定 324132 32 201249581 的加工。 又，依據本實施形態4，則與專利文獻1不同，由於 並未使用遠紅外線輻射溫度計，所以廉價，又沒有雷射光 2之散射光、來自被加工物9之反射光及起因於被加工物9 之溫度的輻射光等的影響下的誤動作，而可進行穩定的加 工0 另外，在本實施形態4中，雖然使用按照檢測出的加 工透鏡3上之溫度差，並從計算用電腦7所記憶的透鏡位 置修正量中，選擇最適的透鏡位置修正量，且將該值送至 控制用電腦8的控制方式，但是求出最適之透鏡位置修正 量的手法，並非被特別限定，只要是能夠求出抵銷與加工 透鏡3之溫度差變化對應的雷射光2之焦距變化的透鏡位 置修正量之方法，則即便是任何的方法亦可使用。 例如，亦可使用以下的控制方法：使用所檢測出的溫 度差、熱傳導率等之物理常數並藉由計算用電腦7來算出 熱透鏡之大小，進而算出用以抵銷因該熱透鏡之影響而造 成的雷射光2之焦距變化的透鏡位置修正量，且將該值輸 出至控制用電腦8。 實施形態5 就本發明實施形態5之雷射加工裝置，主要一邊參照 第13圖一邊加以說明。 第13圖係以局部剖面顯示本發明實施形態5之雷射 加工裝置的構成之不意圖。 在第13圖中，係顯示與被加工物9保持一定間隔而 324132 33 201249581 ,:並射出經聚光之雷射光的加工頭k局部剖視圖。 構成，基本上係與前述實施形態4所示之 射加工裝置相同的構成，其差 ::透鏡:上的後述之熱電堆式溫度差感測器5: 於從…、電堆式溫度差感測器5A連接於計算用電腦7 的輸出配線變多。 電脑 之 其次’使用第14圖’就熱電堆式溫度差感測器认 構成加以說明。 =14圖係本發明實施形態5之雷射加工裝置的熱電 隹式溫度差感測器5A之圖。 熱電堆式恤度差感測n 5A’係與在實施形態4使用的 ’、、、電堆式μ度差感測H 5相較，共通點在於：在圓環狀之 聚醯亞胺薄膜44上’交互連接地串聯排列有由2種異種金 屬所構成的複數個熱電偶。 仁是，則述（第11圖）之熱電堆式溫度差感測器5，係 在王周連續地形成有熱電偶，且藉由檢測檢測用端子45、 46間之電位差而檢測溫度差者。 另一方面，如第14圖所示，在此使用的熱電堆式溫 度差感測器5A，係將配置成圓環狀的熱電偶分割成4個區 域，且分別檢測各自連接之設置於熱電偶之兩端的檢測用 k子50、51、檢測用端子52、53、檢測用端子54、55、 及檢測用端子56、57之電位差，並就4個區域之各個檢測 溫接點11與冷接點12之間的溫度差。 其次’就第13圖、第14圖所示之本發明的雷射加工 324132 34 201249581 裝置5之焦點位置之控制手法加以說明。 焦點位置之控制手法，基本上係與實施形態4相同， 且加工透鏡3之溫度會因雷射光2而變化，並藉由形成於 加工透鏡3上的熱電堆式溫度差感測器5A來檢測溫接點 11與冷接點12之間的溫度差。根據該溫度差之檢測結果 藉由計算用電腦7來求出抵銷雷射光2之焦距變化的加工 透鏡位置修正值並輸出至控制用電腦8,且藉由控制用電 腦8來驅動透鏡驅動裝置6，並修正加工透鏡位置，使被 加工物9上之雷射光束徑成為一定。 在此5熱電堆式溫度差感測5 A係就4 ·個區域之各 個檢測溫接點11與冷接點12之間的溫度差，且將各自的 檢測結果輸出至計算用電腦7。在雷射光2照射於加工透 鏡3之中心的情況，由於4個值係成為相同的值，所以可 根據該檢測結果在計算用電腦7求出加工透鏡位置修正 值。 又，在雷射光2偏離加工透鏡3之中心的情況，被檢 測出的4個溫度差會變成不同的值。此時，根據被檢測出 的4個溫度差，並使用計算用電腦7算出雷射光2之偏移 量，且設置：使用電動馬達等對光程中之鏡片進行對準、 或自動調整加工頭1之位置的機構，就能夠使雷射光2始 終入射於加工透鏡3之中心。亦可藉由警報器（alarm)等通 知作業者雷射光2偏離加工透鏡3之中心，以促進調整。 另外，在本實施形態5中，雖然是使用被分割成4個 區域的熱電堆式溫度差感測器5A，但是分割之數目並非被 324132 35 201249581 限定於4個，只JL 〇 就能夠計算雷射光 /、要疋2個以上的區域 2之偏移，且可適用。 + 土 , 區域的溫接點11及冷接，點12之數目 =被特職定，由於此等的數目會影響到溫度差之檢測 精度，所^要可以以溫度差為目的進行檢測即可，且只 要至少各1個以上即可。 又。，。在本實施形態5中，由於將形成有熱電堆式溫度 差感測器5A之聚醯亞胺薄膜44貼附於加工透鏡3來使 用，所以溫度差之檢測位置與加工透鏡3之相對位置不會 變化故與專利文獻1不同，不受到加工透鏡3之位置影 響而可始終以一定的條件檢測正確的溫度差，且可實現穩 定的加工。 又’依據本實施形態5，則與專利文獻1不同，由於 不使用遠紅外線輻射溫度計，所以廉價，又沒有雷射光2 之散射光、來自被加工物9之反射光及起因於被加工物9 之溫度的輻射光等的影響下的誤動作，而可進行穩定的加 工。 實施形態6 就本發明實施形態6之雷射加工裝置，使用前述之第 8圖加以說明。本發明實施形態6之雷射加工裝置的構成 (局部剖面），係如同第8圖所示。 加工頭1之構成，基本上係與實施形態4所示之雷射 加工裝置相同，且不同點在於：不具備第1圖所示的透鏡 驅動裝置6,而來自雷射光源（未圖示）之雷射光2，係經由 324132 36 201249581 調整裝置的曲率可變鏡 與控制用電腦8連接之具備有曲率 片16而入射於加工頭1。 實線與虛線之16係使鏡面在 驅動曲率可電腦8係 片16之曲率者。之曲W整裝置，且調整曲率可變鏡 其次， 以說明。 就本發明實施形態6之焦點位置之控制手法加 配置於雷射光2之光程中的加工透鏡3係因雷射光2 度分佈變化，且藉由熱電堆式溫度差感測器5檢測 μ接點11與冷接點12之間的溫度差。 曲率可變鏡片16、計算用電腦7、控制用電腦8，係 發揮作為修正焦點位置的控制手段之功能。首先藉由計算 用電腦^根據在熱電堆式溫度差感測器5檢測出的溫度 差之值，算出抵銷雷射光2之焦距變化的加工透鏡3之焦 點位置之修正量、該修正用的曲率可變鏡片16之曲率變化 里，且輸出至控制用電腦8。控制用電腦8，係接受該結果， 而驅動曲率可變鏡片16之曲率調整裝置，且調整曲率可變 鏡片之曲率。 藉此雷射光2之焦點位置會變化，且可將被加工物9 上的雷射光2之光束徑保持於一定，並可達成穩定的加工。 又’依據本實施形態6，則與專利文獻1不同，由於 不使用运紅外線輻射溫度計，所以廉價，又沒有雷射光2 之散射光、來自被加工物9之反射光及起因於被加工物9 324132 37 201249581 之溫度的輻射光等的影響下的誤動作，而可進行穩定的加 X. 〇 在本實施形態6中，雖然使用在實施形態4所示之圓 周全體連續配置有熱電偶之構成作為熱電堆式溫度差感測 器5，但是亦可使用按實施形態5所示之複數個區域的每 一區域分割之熱電堆式溫度差感測器5A。又，曲率可變鏡 片16之種類並非特別限定，作為其一例可使用藉由空氣壓 來進行鏡片之曲率調整的A0090/70鏡面（商品名：庫格勒 (Kugler)公司製）等。 實施形態7 就本發明實施形態7之雷射加工裝置，使用前述之第 9圖加以說明。本發明實施形態7之雷射加工裝置的構成 (局部剖面），係如同第9圖所示。 雷射光2係從雷射光源（未圖示）入射於具備有曲率調 整裝置之曲率可變鏡片16,且經過折射鏡片20而照射於 聚光用之環型鏡片18。在環型鏡片18反射的雷射光2係 被聚光，且照射於被加工物9。 另一方面，在雷射加工時為了將用以去除因雷射光2 而熔融之被加工物的輔助氣體（assist gas)吹入加工頭内， 而在加工頭1與雷射加工裝置本體之間，設置配置於雷射 光2之光程中且作為穿透雷射光2之透明構件的窗3A，以 免輔助氣體流入雷射加工裝置之其他部分。 辅助氣體係使用氬氣。又，窗3A係由與加工透鏡3 相同的ZnSe所形成，且藉由窗保持具4A而保持，並在窗 324132 38 201249581 3A之折射鏡片20侧的表面貼附有聚醯亞胺薄膜44,該聚 醯亞胺薄膜44係形成有在圓周全體連續連接的熱電堆式 溫度差感測器5。 其次’就本發明實施形態7之焦點位置之控制手法加 以說明。 雷射光2係穿透窗3A而入射於環型鏡片18。之後， 反射並聚光，而照射於被加工物9上。窗3A係稍微吸收 雷射光2而溫度上升，因熱透鏡效應而使焦點位置變化， 且使被加工物9上之光束徑變化。 因此，藉由形成於窗3A上的熱電堆式溫度差感測器5 檢測窗3A上之預定位置間的溫度差。如第9圖之箭頭所 示’控制手段’係由使鏡面在實線與虛線之間變化，且可 調整曲率的曲率可變鏡片16、計算用電腦7及控制用電腦 8所構成，計算用電腦7會根據溫度差之檢測結果而求出 用以抵銷雷射光2之焦距變化的曲率可變鏡片16之曲率變 化量，並藉由控制用電腦8來調整曲率可變鏡片16。 藉此雷射光2.之焦點位置會變化，且可將被加工物9 上的光束徑保持於一定，並可達成穩定的加工。 又，依據本實施形態7，則與專利文獻1不同，由於 不使用遠紅外線輻射溫度計’所以廉價，又沒有雷射光2 之散射光、來自被加工物9之反射光及起因於被加工物9 之溫度的輻射光等的影響下的誤動作，而可進行穩定的加 JL· 〇 另外，雖然窗3A，係用於環型鏡片18與折射鏡片2〇 324132 39 201249581 之間，但疋可设置於環型鏡片18與被加工物9之間、或折 射鏡片20與曲率可變鏡片16之間等。 又，雖然是將形成有熱電堆式溫度差感測器5的聚醯 亞胺薄膜44 ’貼附於窗3 A的折射鏡片20側之面來使用， 但是只要可正確檢測窗3A面内之溫度差即可，亦可貼附 於折射鏡片20之相反側來使用。 又，雖然環型鏡片18,只要可將雷射光2聚光於被加 工物9上即可’且非特別限定，但是可使用環型鏡片、拋 物面鏡片等。更且辅助氣體並非特別限定，除了用於本實 施形態7之氬氣以外較佳是使用一般的惰性氣體。 更且’在本實施形態7中’雖然使用在實施形態4所 示之圓周全體連續配置有熱電偶之構成作為熱電堆式溫度 差感測器5，但是亦可使用按實施形態5所示之複數個區 域的每一區域分割之熱電堆式溫度差感測器5A。 實施形態8 就本發明實施形態8之雷射加工裝置使用第15圖加 以說明。 第15圖係本發明實施形態8之雷射加工裝置的窗3A 之俯視圖。 雷射加工裝置之構成及焦點位置控制手法，基本上係 與前述之實施形態7的第9圖相同，而不同點在於：在設 置於雷射光2之光程中，且為穿透雷射光2之透明構件的 窗3A之表面，如第15圖所示，直接形成有熱電堆式溫度 差感測器5A。熱電堆式溫度差感測器5A係藉由蒸鍍法等 324132 40 201249581 . 而直接形成於窗3A上，且使用在圓周全體連續地連接有 熱電偶的構造。 窗3A係為了容易知道檢測電位差之端子位置而設置 切口部58，且不是將外形形成圓形而是形成非對稱之形 狀。藉此可規定窗3A之設置方向，且可容易進行雷射加 工裝置之組裝、修正等。 如此，當在窗3A上直接形成熱電偶時’由於窗3A與 溫度差感測器5之接觸狀態穩定，所以能夠進行更高精度 之溫度檢測。 又，依據本實施形態8，則與專利文獻1不同’由於 不使用遠紅外線輻射溫度計，所以廉價，又沒有雷射光2 之散射光、來自被加工物9之反射光及起因於被加工物9 之溫度的輻射光等的影響下的誤動作，而可進行穩定的加 工。 另外，在本實施形態8中，雖然是在實施形態7所示 之窗3A上直接形成熱電堆式溫度差感測器5A，但是在實 施形態4、實施形態5、實施形態6中，即便是在加工透鏡 3上直接形成熱電堆式溫度差感測器5亦可獲得同樣的效 果。 又，雖然使用在實施形態4所示之圓周全體連續配置 有熱電偶之構成作為熱電堆式溫度差感測器5，但是亦可 同樣使用作為分割於實施形態5所示之複數個區域的每一 區域之熱電堆式溫度差感測器5A。 又，在上述之各實施形態i至8中，被加工物9，例 324132 41 201249581 . 如為軟鋼或不鏽鋼等金屬、碳纖維、樹脂材料。 又，在上述之各實施形態1至8中，雖然是使用個別 的電腦作為計算用電腦7及控制用電腦8，但是亦可使用 ’ 具有兩者之功能為一體之單獨的電腦作為計算控制用電 腦。 又，雖然是使用C02雷射作為雷射光源，但是雷射之 種類並非特別限定，可使用YAG雷射、光纖雷射、半導體 雷射等。 本發明，係可在其發明範圍内，自由組合各實施形 態、或適當變更、省略各實施形態。 【圖式簡單說明】 第1圖係以局部剖面顯示本發明實施形態1之雷射加 工裝置的構成之示意圖。 第2圖係放大顯示本發明實施形態1之雷射加工裝置 的加工透鏡附近之構成的剖視圖。 第3圖係顯示本發明實施形態1之雷射加工裝置之作 為溫度感測器的熱電偶之結線方法的示意圖。 第4圖（a)及(b)係顯示本發明實施形態1之雷射加工裝 置的複數個熱電偶之結線方法的示意圖。 第5圖係顯示本發明實施形態1之雷射加工裝置的複 數個熱電偶之結線方法的示意圖。 第6圖係顯示本發明實施形態1之雷射加工裝置的加 工透鏡之徑向的溫度分佈之不意圖。 第7圖係顯示將雷射光照射於本發明實施形態1之雷 324132 42 201249581 • 時的熱電偶之溫接點與冷接點之溫度差的時間 變化之示意圖。 • $ 8圖係以局部剖面顯示本發明實施形態2之雷射加 工裝置的構成之示意圖。 第9圖係以局部剖面顯示本發明實施形態3之雷射加 工裝置的構成之示意圖。 第10圖係顯不習知雷射加工I置之構成的示意圖。 、第11圖係本發明實施形態4之雷射加工裝置的熱電堆 式溫度差感測器之俯視圖。 第12圖係本發明實施形態4之雷射加工裝置的熱電 堆式溫度差感測器之局部放大圖。 第13圖係以局部剖面顯示本發明實施形態5之雷射 加工裝置的構成之示意圖。 第14圖係本發明實施形態5之雷射加工裝置的熱電 堆式溫度差感測器之俯視圖。 第15圖係本發明實施形態8之雷射加工裝置的窗之 俯視圖。 【主要元件符號說明】 1 加工頭 2 雷射光 3 加工透鏡 3A 窗 4 透鏡保持具 4A 窗保持异 5、5A溫度感測器（熱電堆式溫度差感測器） 6 透鏡驅動裝置 7 計算用電 8 控制用電腦 9 加工對象 324132 43 201249581 10 冷卻水路徑 11 溫接點 12 冷接點 13 遮蔽板 14、 15熱電偶裸線 16 鏡片驅動裝置 16 曲率可變鏡片 18 拋物面鏡片 18 環型鏡片 20 折射鏡片 22 信號線 31 加工透鏡 32 雷射光 33 熱電偶 34 遠紅外線輻射溫度計 36 微電腦 38 Z軸載物台 44 聚醯亞胺薄膜 45、 46檢測用端子 47、 48金屬配線 50至57檢測用端子 58 切口 A 吸收係數 AI〇 熱量 Dn/dT折射率溫度依存性 dD 曲率變化量 DZ 透鏡位置修正量 f 熱透鏡之焦距 Γ 雷射光之焦距 f〇 加工透鏡之焦距 1〇 光束強度 k 熱傳導率 T 溫度 λ 熱傳導率 324132 44